JP2015004846A - ライトトンネル、投射光学装置、表示装置及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光軸方向での設置位置を確実に規定することができる。【解決手段】照明光学系筐体１１２に設けられている位置基準部としてのライトトンネル位置設定孔１０９に挿入する係合部としての爪１０８を備え、均一な面光源が得られるライトトンネルにおいて、爪１０８をライトトンネル位置設定孔１０９に押し付ける弾性部としてのバネ１１３を備える。照明光学系筐体１１２に設けられたライトトンネル位置設定孔１０９に爪１０８を挿入し、ライトトンネル位置設定孔１０９の光軸方向に面している第１開口端面１０９ａに当て付け、バネ１１３で押し付ける。【選択図】図１０

Description

本発明は、複数回光を反射させることで均一な面光源を得られるライトトンネル、投射光学装置、表示装置及び画像投影装置に関するものである。

パソコンやビデオカメラ等から入力される映像データを基に映像を生成し、その映像を投影面等に投影表示する。画像投影装置として広く知られた液晶プロジェクタは、近来、液晶パネルの高解像化、光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。また、画像表示素子であるＤＭＤ（Digital Mirror Device）を利用した小型で、軽量な画像投影装置が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広く利用されるようになってきている。投影画像装置では、光源からの白色光をカラーホイールによってＲＧＢに分光されてライトトンネルによって均一な面光源にされＤＭＤへ集光され、ＤＭＤによって変調信号に応じて画像が生成され、その画像を投影光学装置としての投射光学部の投射レンズ群で拡大投射する。ライトトンネルは、多角柱または多角錐の筐体の内側面に設けられた複数のミラーで複数回光を反射させることで均一な面光源を得るための光学素子である。

特許文献１には、ＤＭＤへ光の進行方向である光軸方向と、この光軸方向に直交する平面内で互いに直交する２方向とで、ライトトンネルの設置位置を規定する技術が記載されている。これら３方向のうち光軸方向でのライトトンネルの設置位置の規定は、画像投影装置における照明光学系筐体の保持部に係止するライトトンネルクリップに備わっている係合部としての係合爪を、照明光学系筐体の保持部に設けられている係合孔に挿入することにより行われる。具体的には、挿入した係合爪を、位置基準部としての光軸方向に面している係合孔の開口端面に当接させて、光軸方向でのライトトンネルの設置位置を規定している。

しかしながら、上記特許文献１のライトトンネルでは、各方向への設置位置を規定した後に他の部品を組み付けたり、装置を駆動したりしたときに、ライトトンネルクリップが光軸方向での規定の設置位置から動き、係合爪が照明光学系筐体の保持部における係合孔の開口端面から離れてしまう可能性があった。この結果、ライトトンネルが光軸方向での規定の設定位置から動いてしまう。これにより、ＤＭＤとライトトンネルとの光軸方向での間隔が変動する。例えば、ＤＭＤとライトトンネルとの光軸方向での間隔が当初より狭くなった場合、ＤＭＤ上での集光の大きさがＤＭＤの中心部分に集まるように小さくなり、ＤＭＤで生成された画像の周りには、画像の欠けている部分を生じさせてしまう。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、光軸方向での設置位置を確実に規定することができるライトトンネル、投射光学装置、表示装置及び画像投影装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明では、照明光学系筐体の保持部に設けられている位置基準部に係合する係合部を備え、均一な面光源が得られるライトトンネルにおいて、前記係合部を前記位置基準部に押し付ける弾性部を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、光軸方向での設置位置を確実に規定することができるという特有な効果が得られる。

本実施形態に係るプロジェクタ１を示す斜視図である。 本実施形態に係るプロジェクタ１を示す右側面図である。 （ａ）外装カバーを外したプロジェクタ１の内部構成と配置を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の太線枠で囲まれた部分の斜視図である。 図３の横断面図である。 図３の縦断面図である。 リレーレンズ周辺の拡大斜視図である。 プロジェクタ１における照明光学系全体構成の一例を示す上方からみた概略平面図である。 ライトトンネルを示す斜視図である。 ライトトンネルの長軸方向の断面図である。 （ａ）は、実施例のライトトンネルの筐体構造について説明する概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。 爪に係止部を設けたライトトンネルの長軸方向の断面図である。 変形例のライトトンネルの筐体構造について説明する概略断面図である。

以下、本発明が適用される画像投影装置としてのプロジェクタ１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクタ１を示す斜視図である。図２は右側面図である。図１及び図２に示すように、プロジェクタ１の上面には、ユーザがプロジェクタ１を操作するための操作ボタン等の操作部１１が設けられている。また、スクリーン２００に映し出されている投影画面を拡大したり、縮小したりするズームレバー１２が設けられている。プロジェクタ１の正面には、装置電源を供給するためのＡＣインレット１３、パソコンやビデオカメラ等の外部機器と接続するための外部入力端子１４、投影画像の光を出射する投射レンズ１５、装置環境の照度を検出するセンサ１６などが設けられている。プロジェクタ１における外装カバーの右側面には、冷却用の空気を取り入れる吸気口１７が設けられている。この吸気口１７から外気を吸気する。吸引された外気は、熱源の光源や駆動基板へ移動しながら光源や駆動基板を冷却する。その後、排気ファン（不図示）により排気口（不図示）から排気される。

図３（ａ）は外装カバーを外したプロジェクタ１の内部構成と配置を示す斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）の太線枠で囲まれた部分の斜視図である。図４は図３の横断面図であり、図５は図３の縦断面図である。図６はリレーレンズ周辺の拡大斜視図である。
図３〜図５に示すように、プロジェクタ１は、光源２１の光をＤＭＤ３３に導く照明光学部２０と、光源２１からの光を用いて画像を生成する画像生成部３０と、投影画像を出射する投射光学装置としての投射光学部４０とを有している。照明光学部２０は、光源２１、カラーホイール２２、ライトトンネル２３、２枚のリレーレンズ２４（図６参照）を有している。そして、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどの光源２１からの光は、図４の矢印で示すように、回転するカラーホイール２２を通ることにより時分割でＲ、Ｇ、Ｂの光に分離される。このカラーホイール２２は、円盤形状のものであり、モータ２５のモータ軸に固定され、回転方向にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）などのフィルタが設けられている。カラーホイール２２により分離された光は、ライトトンネル２３へ入射する。ライトトンネル２３は、四角筒形状であり、その内周面が鏡面となっている。ライトトンネル２３に入射した光は、ライトトンネル２３の内周の鏡面で複数回反射しながら、均一な面光源にされて２枚のリレーレンズ２４へ向けて出射する。図４の矢印で示すように、２枚のリレーレンズ２４を透過し、平面ミラー３１、凹面ミラー３２により反射され、画像生成部３０のＤＭＤ３３の画像生成面上に集光して結像される。

ここで、ＤＭＤ３３の画像生成面には、可動式の複数のマイクロミラーが格子状に配列されている。各マイクロミラーは、鏡面をねじれ軸周りに所定角度傾斜させることができ、「ＯＮ」と「ＯＦＦ」の２つの状態を持たせることができる。マイクロミラーが「ＯＮ」のときは、照明光学部２０からの光を投射光学部４０の投射レンズに向けて反射する。「ＯＦＦ」のときは、照明ブラケットなどの側面に保持されたＯＦＦ光板（不図示）に向けて光源２１からの光を反射する。従って、各ミラーを個別に駆動することにより、画像データの画素ごとに光の投射を制御することができ、画像を生成することができる。なお、ＯＦＦ光板（不図示）に向けて反射された光は、熱となって吸収され外側の空気の流れで冷却される。また、２枚のリレーレンズ２４は、図６に示すように、板バネ状のレンズ押さえ部材２６により両端がレンズブラケット２７の突き当て面２７ａに押し付けられることにより、位置決め保持されている。

パソコンやビデオカメラ等から入力される映像データを基に映像を生成し、その映像を表示装置に表示したり、図１に示すプロジェクタ１として図２の投影面としてのスクリーン２００等に投影表示したりする。プロジェクタ１として広く知られた液晶プロジェクタは、近来、液晶パネルの高解像化、光源ランプの高効率化に伴う明るさの改善、低価格化などが進んでいる。また、画像表示素子であるＤＭＤを利用した小型で、軽量なプロジェクタ１が普及し、オフィスや学校のみならず家庭においても広く利用されるようになってきている。光源２１からの光が、照明光学部２０内で、照射された白色光をカラーホイール２２によってＲＧＢに分光されて、画像生成部３０のＤＭＤ３３へ導かれ、変調信号に応じて画像形成するＤＭＤ３３とその画像を投射光学部４０で拡大投射する。

図７は、プロジェクタ１における照明光学系全体構成の一例を示す上方からみた概略平面図である。なお、以下の説明では、ライトトンネルにおける光軸方向をＺ方向とし、光軸方向と直交する２方向をＸ方向（左右方向）及びＹ方向（上下方向）とする。図７に示すように、光源１０１から発せられた光Ｌ１は、カラーホイール１０２によって分光されながらライトトンネル１０３の入射口１０３ａに集光される。入射口１０３ａから入射した入射光は、ライトトンネル１０３内で複数回反射しながら均一な面光源され出射口１０３ｂから出射し、２枚のリレーレンズ１０４で平行光Ｌ２にされＤＭＤ１０５に導かれる。ここで、通常、部品の公差及び組み立て公差を考慮して、ＤＭＤ１０５上に照射される平行光Ｌ２の照明位置調整は、ライトトンネル１０３をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ方向にそれぞれ位置調整することで行われる。

図８は、ライトトンネル１０３を示す斜視図である。図９は、ライトトンネル１０３の長軸方向の断面図である。図８に示すように、ライトトンネル１０３は、４枚の金属板を用いて形成した中空状の直方体からなる筐体１０７の４つの内周面に、ミラー１０６をそれぞれ貼り合わせた光学部材である。係合部としての爪１０８が、筐体１０７の上面からＹ軸方向の上方向に延びて設けられている。この爪１０８は、図９（ａ）に示すように、ライトトンネル１０３と照明光学系筐体１１２とのＺ軸方向での位置合わせのための位置基準部としてのライトトンネル位置設定孔１０９に挿入される。なお、係合部としては、爪１０８のような爪形状でなくてもよく、例えばピン、フックなどでもよい。位置基準部としては、ライトトンネル位置設定孔１０９のような孔でなくてもよく、例えば溝、板材、フックなどでもよい。ライトトンネル１０３の入射口１０３ａ側寄りの照明光学系筐体１１２における側面及び上面に備えつけられているＸ方向調整ネジ１１０、Ｙ軸方向調整ネジ１１１が、ライトトンネル１０３をＸ軸方向及びＹ軸方向へ押し込む構成になっている。ライトトンネル位置設定孔１０９の開口部は、Ｚ方向で互いに対向し合う第１開口端面１０９ａと第２開口端面１０９ｂとで形成され、爪１０８を差し込む作業を容易にするために、爪１０８の厚み方向における断面の大きさより、広くなっている。特に、ライトトンネル位置設定孔１０９のＺ方向の開口幅、つまり第１開口端面１０９ａと第２開口端面１０９ｂとの間の開口幅Ｗは爪１０８の厚みＤよりかなり幅広になっており、爪１０８をライトトンネル位置設定孔１０９に差し込み易くなっている。Ｚ方向の設置位置を規定したときのライトトンネル１０３における長軸方向の断面図である図９（ｂ）に示すように、ライトトンネル１０３をＺ方向であるライトトンネルの光軸方向（図９（ｂ）中の矢印Ａ方向）に移動させる。爪１０８の第１端面１０８ａをライトトンネル位置設定孔１０９の第１開口端面１０９ａに当て付ける。これにより、ライトトンネル１０３のＺ方向での設置位置を規定している。その後、ライトトンネル１０３を上述のようにＸ方向及びＹ方向にそれぞれ位置調整を行いＸ方向調整ネジ１１０、Ｙ軸方向調整ネジ１１１で筐体１０７の側面及び上面を押し付けてライトトンネル１０３のＸ方向及びＹ方向での設置位置を規定している。しかし、その後の他の部品組上げ時、あるいは製品出荷時、さらには装置駆動時等において、爪１０８の第１端面１０８ａがライトトンネル位置設定孔１０９の第１開口端面１０９ａから離れてしまう可能性があった。この事態を解消するために、以下のようなライトトンネルの構造を提案する。

（実施例）
次に、上記実施形態におけるプロジェクタ１におけるライトトンネルの一実施例について説明する。
図１０（ａ）は、本実施例のライトトンネルの筐体構造について説明する概略断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の部分拡大図である。この断面図は、ライトトンネルの長軸方向の断面を示す図である。図１０に示すように、ライトトンネル１０３の爪１０８における第１端面１０８ａを、照明光学系筐体１１２のライトトンネル位置設定孔１０９における第１開口端面１０９ａに当て付ける。爪１０８の第２端面１０８ｂと、ライトトンネル位置設定孔１０９の第２開口端面１０９ｂとの間に、弾性部としてのバネ１１３を装填する。バネ１１３は、例えば板バネやコイルバネなどの別体のバネであり、図１０（ａ）の図面上の左右方向であるＺ方向に付勢する。別体のバネとしたことで、経時に伴ってバネの弾性力が弱まった場合に容易に交換することができる。これにより、爪１０８をライトトンネル位置設定孔１０９の第１開口端面１０９ａに押し付けることができる。よって、ライトトンネルの光軸方向での設置位置を確実に規定することができる。ライトトンネルを組付け後に行われる他の部品組上げ時、あるいは製品出荷時、さらには装置駆動時等でも、ライトトンネルの光軸方向での設置位置は変わらないので、規定の設置位置からのずれを補正する作業が不要になり、作業性が向上する。また、バネ１１３をライトトンネル位置設定孔１０９に装填し、装填したバネ１１３がライトトンネル位置設定孔１０９から飛び出す事態がある。この事態を防止するために、図１１に示すように、ライトトンネル位置設定孔１０９の第２開口端面１０９ｂに係止部１１４を設ける。この係止部１１４がバネ１１３を係止することにより、バネ１１３がライトトンネル位置設定孔１０９から外れ難くなる。

（変形例）
次に、上記実施例におけるプロジェクタ１におけるライトトンネルの一変形例について説明する。
図１２は、本変形例のライトトンネルの筐体構造について説明する概略断面図である。この断面図は、ライトトンネルの長軸方向の断面を示す図である。本変形例のライトトンネルの筐体構造は、弾性部としてのバネを爪部に一体形成したものである。つまり、上記実施例ではバネが別体の部材であったが、本変形例では筐体１０７の一部を加工してバネを形成した。例えば、図１２（ａ）に示すように、筐体１０７に係合部としての爪１０８を形成する際に爪１０８から連続に延ばした部分を数回折り曲げて形成した板バネ形状に加工してバネ１１５を形成する。バネ１１５を爪１０８と一体に形成したことにより、部品点数を減らすことができるとともに、別体部材としたバネをライトトンネル位置設定孔１０９に装填する作業の煩雑さを解消できる。また、ライトトンネル位置設定孔１０９に装填した別体部材のバネがライトトンネル位置設定孔１０９から飛び出すような事態も生じない。なお、バネ１１５を爪１０８と一体に形成したがバネ１１５を照明光学系筐体１１２と一体に形成してもよい。また、図１２（ｂ）に示すバネ１１６のように、爪１０８から連続に延ばした部分を一回折り曲げて形成した板バネとしたものであってもよい。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
照明光学系筐体の保持部に設けられている位置基準部に係合する係合部を備え、均一な面光源が得られるライトトンネルにおいて、係合部を位置基準部に押し付ける弾性部を備える。
これによれば、上記実施形態の実施例について説明したように、照明光学系筐体１１２に設けられた位置基準部としてのライトトンネル位置設定孔１０９に、係合部としての爪１０８を挿入してライトトンネル位置設定孔１０９に当て付ける。更には、弾性部としてのバネ１１３で、爪１０８をライトトンネル位置設定孔１０９に押し付ける。具体的には、爪１０８の２つの端面のうち一方の端面である第１端面１０８ａをライトトンネル位置設定孔１０９の光軸方向に面している第１開口端面１０９ａに当て付ける。この第１開口端面１０９ａに爪１０８の第１端面１０８ａを押し付けたときに、ライトトンネルの光軸方向での設置位置が規定される。更には、爪１０８の他方の端面である第２端面１０８ｂと、ライトトンネル位置設定孔１０９の第１開口端面１０９ａに対向する第２開口端面１０９ｂとの間に、バネ１１３を設ける。このバネ１１３の弾性力によって爪１０８の第１端面１０８ａをライトトンネル位置設定孔１０９の第１開口端面１０９ａに押し付ける。これにより、他の部品を組み付けたり、装置を駆動したりしても、爪１０８の第１端面１０８ａがライトトンネル位置設定孔１０９の第１開口端面１０９ａから離れない。よって、光軸方向での設置位置を確実に規定することができる。
（態様２）
（態様１）において、弾性部は、別体のバネである。これによれば、上記実施形態の実施例について説明したように、経時に伴って弾性部としてのバネ１１３の弾性力が弱まった場合に、バネ１１３を容易に交換することができる。
（態様３）
（態様２）において、バネを係止する係止部を備える。これによれば、上記実施形態の実施例について説明したように、ライトトンネル位置設定孔１０９に装填したバネ１１３が係止部１１４によって係止されることで、ライトトンネル位置設定孔１０９から飛び出す事態を防止することができる。
（態様４）
（態様３）において、係止部は、係合部に設けられている。これによれば、上記実施形態の実施例について説明したように、ライトトンネル位置設定孔１０９に装填したバネ１１３は爪１０８に設けられた係止部１１４によって係止され、バネ１１３がライトトンネル位置設定孔１０９から飛び出す事態を防止することができる。
（態様５）
（態様１）において、弾性部は、係合部又は保持部と一体に形成されている。これによれば、上記実施形態の変形例について説明したように、弾性部としてのバネ１１５を爪１０８又は保持部としての照明光学系筐体１１２と一体に形成したことにより、部品点数を減らすことができる。また、別体部材としたときのバネをライトトンネル位置設定孔１０９に装填する作業の煩雑さを解消できる。
（態様６）
（態様１）〜（態様５）のいずれかにおいて、弾性部は、少なくとも１回折り曲げて形成されるバネである。これによれば、上記実施形態について説明したように、弾性部としてのバネ１１５、１１６で押し付ける。これにより、他の部品を組み付けたり、装置を駆動したりしても、爪１０８は照明光学系筐体１１２のライトトンネル位置設定孔１０９の光軸方向で面している開口端面から離れない。よって、光軸方向での設置位置を確実に規定することができる。
（態様７）
（態様１）において、位置基準部は、孔、溝、板材もしくはフックで形成される。これによれば、上記実施形態について説明したように、孔、溝、板材もしくはフックで形成された位置基準部に係合部を確実に係合できるとともに、照明光学系筐体の保持部にライトトンネルを組み付ける際の作業が容易になり作業性が向上する。
（態様８）
（態様１）において、係合部は、爪、ピンもしくはフックで形成される。これによれば、上記実施形態について説明したように、爪、ピンもしくはフックで形成された係合部に位置基準部を確実に係合できるとともに、照明光学系筐体の保持部にライトトンネルを組み付ける際の作業が容易になり作業性が向上する。
（態様９）
光源からの光をライトトンネルで均一な面光源され、均一な面光源された光を用いて画像生成部で生成された画像を、投射レンズを介して投影面に向けて投射する投射光学装置において、ライトトンネルとして、（態様１）〜（態様８）のいずれかのライトトンネルを用いた。これによれば、上記実施形態について説明したように、ライトトンネルの光軸方向での設置位置を確実に規定することができることにより、良好な画像を投影面に投射することができる。
（態様１０）
光源からの光をライトトンネルで均一な面光源され、均一な面光源された光を用いて画像生成部で生成された画像を表示する表示装置において、ライトトンネルとして、（態様１）〜（態様８）のいずれかのライトトンネルを用いた。これによれば、上記実施形態について説明したように、ライトトンネルの光軸方向での設置位置を確実に規定することができることにより、良好な画像を生成することができる。
（態様１１）
光源と、光源からの光を用いて画像を生成する画像生成部と、複数の光学素子を備え、画像を投影面に向けて投射する投射光学部とを備えた画像投影装置において、上記投射光学部として、（態様９）の投射光学装置を用いた。これによれば、上記実施形態について説明したように、投影画像の画質を向上させることができる。

１ プロジェクタ
１１ 操作部
１２ ズームレバー
１３ ＡＣインレット
１４ 外部端子
１５ 投射レンズ
１６ センサ
１７ 吸気口
２０ 照明光学部
２１ 光源
２２ カラーホイール
２３ ライトトンネル
２４ リレーレンズ
２５ モータ
２６ レンズ押さえ部材
２７ レンズブラケット
２７ａ 突き当て面
３０ 画像生成部
３１ 平面ミラー
３２ 凹面ミラー
３３ ＤＭＤ
４０ 投射光学部
１０１ 光源
１０２ カラーホイール
１０３ ライトトンネル
１０３ａ 入射口
１０３ｂ 出射口
１０４ リレーレンズ
１０５ ＤＭＤ
１０６ ミラー
１０７ 筐体
１０８ 爪
１０８ａ 第１端面
１０８ｂ 第２端面
１０９ ライトトンネル位置設定孔
１０９ａ 第１開口端面
１０９ｂ 第２開口端面
１１０ Ｘ方向調整ネジ
１１１ Ｙ方向調整ネジ
１１２ 照明光学系筐体
１１３ バネ
１１４ 係止部
１１５ バネ
１１６ バネ

特開２００７−２５６３３７号公報

Claims (11)

1. 照明光学系筐体の保持部に設けられている位置基準部に係合する係合部を備え、均一な面光源が得られるライトトンネルにおいて、
   前記係合部を前記位置基準部に押し付ける弾性部を備えることを特徴とするライトトンネル。
2. 請求項１記載のライトトンネルにおいて、
   前記弾性部は、別体のバネであることを特徴とするライトトンネル。
3. 請求項２記載のライトトンネルにおいて、
   前記バネを係止する係止部を備えることを特徴とするライトトンネル。
4. 請求項３記載のライトトンネルにおいて、
   前記係止部は、前記係合部に設けられていることを特徴とするライトトンネル。
5. 請求項１記載のライトトンネルにおいて、
   前記弾性部は、前記係合部又は前記保持部と一体に形成されていることを特徴とするライトトンネル。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のライトトンネルにおいて、
   前記弾性部は、少なくとも１回折り曲げて形成されるバネであることを特徴とするライトトンネル。
7. 請求項１記載のライトトンネルにおいて、
   前記位置基準部は、孔、溝、板材もしくはフックで形成されることを特徴とするライトトンネル。
8. 請求項１記載のライトトンネルにおいて、
   前記係合部は、爪、ピンもしくはフックで形成されることを特徴とするライトトンネル。
9. 光源からの光をライトトンネルで均一な面光源され、均一な面光源された光を用いて画像生成部で生成された画像を、投射レンズを介して投影面に向けて投射する投射光学装置において、
   前記ライトトンネルとして、請求項１〜８のいずれかのライトトンネルを用いたことを特徴とする投射光学装置。
10. 光源からの光をライトトンネルで均一な面光源され、均一な面光源された光を用いて画像生成部で生成された画像を表示する表示装置において、
    前記ライトトンネルとして、請求項１〜８のいずれかのライトトンネルを用いたことを特徴とする表示装置。
11. 光源と、前記光源からの光を用いて画像を生成する画像生成部と、複数の光学素子を備え、前記画像を投影面に向けて投射する投射光学部とを備えた画像投影装置において、
    前記投射光学部として、請求項９の投射光学装置を用いたことを特徴とする画像投影装置。

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